Respostas curtas para grandes perguntas sobre design de PCB

Q1:Como escolher o material PCB (Placa de Circuito Impresso)?


A1:O material PCB deve ser selecionado totalmente com base no equilíbrio entre a demanda do projeto, a produção em volume e o custo. A demanda de projeto envolve elementos elétricos que devem ser levados em consideração durante o projeto de PCB de alta velocidade. Além disso, a constante dielétrica e a perda dielétrica devem ser consideradas se elas vão com a frequência.

Q2:Como evitar interferência de alta frequência?


A2:O principal princípio para superar a interferência de alta frequência é reduzir o máximo possível a diafonia, o que pode ser alcançado aumentando a distância entre os sinais de alta velocidade e os sinais analógicos ou equipando a proteção de terra ou os traços de derivação ao lado dos sinais analógicos. Além disso, a interferência de ruído causada pelo aterramento digital em um aterramento analógico deve ser cuidadosamente considerada.

Q3:Como organizar traços que transportam sinais diferenciais?


A3:Dois pontos devem ser focados em termos de desenho de traços que transportam sinais diferenciais. Por um lado, o comprimento de duas linhas deve ser o mesmo; por outro lado, o espaçamento entre duas linhas deve manter-se paralelo.

Q4:Como organizar traços transportando sinais diferenciais quando há apenas uma linha de sinal de clock no terminal de saída?


A4:A premissa de traços que transportam sinais diferenciais é que ambas as fontes de sinal e a extremidade receptora devem ser sinais diferenciais. Portanto, o roteamento diferencial nunca pode funcionar em sinais de clock contendo apenas uma extremidade de saída.

Q5:A resistência combinada pode ser adicionada entre pares diferenciais na extremidade receptora?


A5:A resistência combinada é geralmente adicionada entre os pares diferenciais na extremidade receptora e seu valor é igual ao da impedância diferencial. Como resultado, a qualidade do sinal será melhor.

Q6:Por que os traços de pares diferenciais devem estar próximos e paralelos?


A6:Traços de pares diferenciais devem ser adequadamente próximos e paralelos. A distância entre os traços de pares diferenciais é determinada pela impedância diferencial que é um parâmetro de referência chave em termos de projeto de pares diferenciais.

Q7:Como resolver os conflitos entre roteamento manual e roteamento automático em sinais de alta velocidade?


A7:Agora, a maioria dos roteadores automáticos é capaz de controlar o método de passagem do fio e o número de furos passantes definindo condições de restrição. Todas as empresas EDA diferem muito umas das outras em termos de métodos de passagem de fios e configuração de condições de restrição. A dificuldade do roteamento automático está intimamente relacionada com a capacidade de execução do fio. Portanto, esse problema pode ser resolvido escolhendo um roteador com alta capacidade de execução de fios.

Q8:No design de PCB de alta velocidade, a área em branco das camadas de sinal pode ser revestida com cobre. Como o cobre deve ser distribuído em várias camadas de sinal no aterramento e alimentação?


A8:Geralmente, o revestimento de cobre é principalmente conectado ao solo na área em branco. A distância entre o revestimento de cobre e as linhas de sinal deve ser estritamente projetada porque o cobre revestido reduzirá um pouco a impedância característica. Enquanto isso, a impedância característica de outras camadas não deve ser influenciada.

Q9:A impedância característica no plano de potência pode ser calculada pelo modelo de linha de microfita? O modelo de linha de microfita pode ser usado em sinais entre o plano de potência e o plano de aterramento?


A9:Sim. Durante o procedimento de cálculo da impedância característica, tanto o plano de potência quanto o plano de terra podem ser considerados como um plano de referência.

Q10:Os pontos de teste gerados pela automação em PCB de alta densidade podem atender às demandas de teste da produção em massa?


R10:Tudo depende do caso se os regulamentos sobre os pontos de teste são compatíveis com os requisitos estabelecidos pelas máquinas de teste. Além disso, se o roteamento for executado muito densamente e os regulamentos sobre pontos de teste forem muito rígidos, pode não haver maneiras de colocar pontos de teste em cada segmento de linha. É claro que métodos manuais podem ser usados ​​para complementar os pontos de teste.

Q11:A adição de pontos de teste pode influenciar a qualidade dos sinais de alta velocidade?


A11:Tudo depende do caso se o método de adição de ponto de teste e a velocidade de execução dos sinais. Basicamente, a adição de pontos de teste é obtida adicionando-os a linhas ou puxando um segmento. Ambos os métodos podem afetar mais ou menos os sinais de alta velocidade e a extensão do efeito está relacionada com a velocidade da frequência e a taxa de borda dos sinais.

Q12:Quando um par de PCBs são conectados em um sistema, como as linhas de aterramento de cada PCB devem ser conectadas?


A12:Com base na lei da corrente de Kirchoff, quando a energia ou os sinais são enviados da placa A para a placa B, uma quantidade equivalente de corrente será devolvida à placa A do plano de terra e a corrente no plano de terra fluirá de volta no caminho onde a impedância é o mais baixo. Portanto, o número de pinos contribuídos para o plano de aterramento nunca deve ser muito pequeno em cada interface de potência ou interconexão de sinal para que tanto a impedância quanto o ruído no solo possam ser reduzidos. Além disso, todo o circuito de corrente deve ser analisado, especialmente a porção onde a corrente é maior e a conexão do plano de aterramento ou linhas de aterramento devem ser ajustadas para controlar a corrente em execução e diminuir a influência em outros sinais sensíveis.

Q13:As linhas de aterramento podem ser adicionadas ao meio das linhas de sinal diferencial?


A13:Basicamente, as linhas de terra não podem ser adicionadas entre as linhas de sinal diferencial porque o maior significado do princípio da linha de sinal diferencial está na vantagem liderada pelo acoplamento mútuo entre as linhas de sinal diferencial, como cancelamento de fluxo, imunidade a ruído, etc. O efeito de acoplamento será destruído se linhas de terra são adicionadas entre eles.

Q14:Qual é o princípio de pegar o PCB adequado e cobrir o ponto de aterramento?


R14:O princípio é aproveitar o aterramento do chassi para fornecer um caminho com baixa impedância para a corrente de retorno e controlar o caminho dessa corrente de retorno. Por exemplo, o parafuso pode ser normalmente usado próximo ao componente de alta frequência ou gerador de clock para conectar o plano de aterramento da PCB com o aterramento do chassi para reduzir ao máximo toda a área do loop de corrente, ou seja, reduzir a interferência eletromagnética.

Q15:Onde a depuração do PCB deve ser iniciada?


A15:No que diz respeito ao circuito digital, as seguintes coisas devem ser feitas em ordem. Em primeiro lugar, todos os valores de potência devem ser confirmados para atingir a média dos requisitos de projeto. Em segundo lugar, todas as frequências do sinal de clock devem ser confirmadas para funcionar normalmente e não há problema não monotônico na borda. Terceiro, os sinais de reinicialização devem ser confirmados para atingir o requisito padrão. Se as coisas acima foram confirmadas, o chip deve enviar sinais no primeiro ciclo. Em seguida, a depuração será realizada com base no protocolo de execução do sistema e no protocolo de barramento.

Q16:Qual é a melhor maneira de projetar PCB de alta velocidade e alta densidade com área de placa fixa?


A16:No processo de design de PCB de alta velocidade e alta densidade, a interferência de diafonia deve ser especialmente focada, pois afeta muito o tempo e a integridade do sinal. Algumas soluções de design são fornecidas. Primeiro, a continuidade e o casamento da impedância característica de roteamento devem ser controlados. Em segundo lugar, o espaçamento deve ser observado e o espaçamento é normalmente o dobro da largura da linha. Terceiro, métodos de terminação adequados devem ser escolhidos. Quarto, o roteamento em camadas adjacentes deve ser implementado em diferentes direções. Quinto, vias cegas/enterradas podem ser usadas para aumentar a área de roteamento. Além disso, a terminação diferencial e a terminação em modo comum devem ser mantidas para reduzir a influência no tempo e na integridade do sinal.

Q17:O circuito LC é geralmente aplicado para filtrar a onda na potência analógica. Por que o LC às vezes tem um desempenho melhor que o RC?


A17:A comparação entre LC e RC deve ser baseada na suposição de que a banda de frequência e a indutância são adequadamente selecionadas. Como a reatância da indutância está correlacionada com a indutância e a frequência, se a frequência de ruído da potência for muito baixa e a indutância não for alta o suficiente, o LC tem um desempenho pior que o RC. No entanto, uma das desvantagens do RC reside no fato de que o próprio resistor consumirá energia com baixa eficiência.

P18:Qual é a maneira ideal de atender aos requisitos de EMC sem pressão de custo?


R18:A placa PCB sofre de um custo mais alto devido à EMC geralmente porque a contagem de camadas aumenta para fortalecer o estresse de blindagem e alguns componentes são preparados, como cordão de ferrite ou estrangulamento, que são usados ​​para interromper componentes de ondas harmônicas de alta frequência. Além disso, outras estruturas de blindagem em outros sistemas devem ser usadas para atender às demandas de EMC. Primeiro, componentes com baixa taxa de variação devem ser aplicados o máximo possível para diminuir as porções de alta frequência geradas pelos sinais. Em segundo lugar, os componentes de alta frequência nunca devem ser colocados muito próximos aos conectores externos. Em terceiro lugar, a correspondência de impedância, a camada de roteamento e o caminho da corrente de retorno de sinais de alta velocidade devem ser cuidadosamente projetados para reduzir a reflexão e a radiação de alta frequência. Quarto, capacitores de desacoplamento suficientes devem ser colocados nos pinos de alimentação para reduzir o ruído no plano de potência e no plano de aterramento. Quinto, o aterramento próximo ao conector externo pode ser cortado do plano de aterramento e o aterramento do conector deve estar próximo ao aterramento do chassi.

Q19:Quando uma placa PCB possui vários módulos digitais/analógicos, a solução comum é dividir os módulos digitais/analógicos. Por quê?


R19:A razão para dividir os módulos digitais e analógicos é que o ruído geralmente é gerado na potência e no terra na comutação de alto e baixo potencial e a extensão do ruído está relacionada com a velocidade do sinal e a quantidade de corrente. Se os módulos analógicos e digitais não forem divididos e o ruído gerado pelo módulo digital for maior e o circuito na área analógica for semelhante, mesmo que os sinais analógicos e digitais não se cruzem, os sinais analógicos ainda serão afetados pelo ruído.

Q20:Quando se trata de projeto de PCB de alta velocidade, como a correspondência de impedância deve ser implementada?


A20:No que diz respeito ao design de PCB de alta velocidade, a correspondência de impedância é uma das principais considerações. A impedância apresenta relação absoluta com o roteamento. Por exemplo, a impedância característica é determinada por alguns elementos, incluindo espaçamento entre microstrip ou stripline/dupla camada de stripline e camada de referência, largura de roteamento, material de PCB, etc. Diferentemente falando, a impedância característica nunca pode ser determinada até o roteamento. A solução essencial para este problema é impedir que a descontinuidade de impedância ocorra tanto quanto possível.

Q21:No processo de projeto de PCB de alta velocidade, quais medidas devem ser tomadas em consideração a EMC/EMI?


A21:De um modo geral, o projeto EMI/EMC deve ser considerado em ambos os aspectos irradiados e conduzidos. O primeiro pertence à porção cuja frequência é maior (mais de 30MHz) enquanto o segundo pertence à porção cuja frequência é menor (inferior a 30MHz). Portanto, tanto a porção de alta frequência quanto a porção de baixa frequência devem ser observadas. Um bom projeto de EMI/EMC deve começar a partir do posicionamento dos componentes, empilhamento de PCBs, roteamento, seleção de componentes, etc. Uma vez que esses aspectos não sejam considerados, o custo possivelmente aumentará. Por exemplo, o gerador de clock não deve ficar o mais próximo possível do conector externo. Além disso, os pontos de conexão devem ser selecionados corretamente entre a PCB e o chassi.

Q22:O que é topologia de roteamento?


R22:A topologia de roteamento, também chamada de ordem de roteamento, refere-se à ordem de roteamento em termos de rede com vários terminadores.

Q23:Como a topologia de roteamento deve ser ajustada para aumentar a integridade do sinal?


R23:Este tipo de sinal de rede é tão complexo que a topologia é diferente com base em diferentes direções, diferentes níveis, diferentes tipos de sinais. Portanto, é difícil julgar qual tipo de sinal é benéfico para a qualidade do sinal.

Q24:Qual é o motivo do revestimento de cobre?


A24:Geralmente, existem algumas razões para o revestimento de cobre. Primeiro, o revestimento maciço de aterramento ou cobre de potência terá efeito de blindagem e algum aterramento especial, PGND, por exemplo, pode ter um papel de proteção. Em segundo lugar, para garantir alto desempenho de galvanoplastia ou impedir que a laminação seja deformada, o cobre deve ser revestido na placa PCB com menos roteamento. Terceiro, o revestimento de cobre deriva do requisito de integridade do sinal. Um caminho de retorno completo deve ser fornecido para sinais digitais de alta frequência e o roteamento de rede DC deve ser reduzido. Além disso, a dissipação térmica também deve ser levada em consideração.

Q25:O que é a corrente de retorno?


R25:À medida que os sinais digitais de alta velocidade estão sendo executados, os sinais fluem dos drivers para a portadora ao longo da linha de transmissão da PCB e, em seguida, retornam ao terminal do driver pelo caminho mais curto ao longo do solo ou da energia. Os sinais de retorno no terra ou na potência são chamados de corrente de retorno.

Q26:Quantos tipos de terminais existem?


A26:Terminal, também chamado de correspondência, geralmente é classificado em correspondência de origem e correspondência de terminal. O primeiro refere-se ao emparelhamento de resistores em série, enquanto o último refere-se ao emparelhamento paralelo. Muitos métodos estão disponíveis, incluindo resistor pull-up, resistor pull-down, correspondência de Davenan, correspondência de CA, correspondência de diodo Schottky etc.

P27:Quais elementos podem determinar os tipos de correspondência?


A27:O tipo de correspondência geralmente é determinado pelas características do BUFFER, topologia, classificações de nível e tipo de julgamento. Além disso, o ciclo de trabalho do sinal e o consumo de energia do sistema também devem ser considerados.

Q28:Que inspeção deve ser realizada no PCB antes de ser liberado pela fábrica?


R28:A maioria dos fabricantes de PCBs implementam o teste on-off nos PCBs antes de saírem da fábrica para garantir que todos os circuitos estejam conectados corretamente. Até agora, alguns fabricantes avançados realizam inspeção por raios X para descobrir alguns obstáculos na gravação ou laminação. Quando se trata de produtos que passam pela montagem SMT, geralmente é aplicado o ICT, o que exige a configuração de pontos de teste de ICT durante a fase de projeto do PCB. Assim que ocorrerem problemas, um tipo especial de inspeção por raios-X também pode ser usado.

Q29:Para um circuito composto por duas placas PCB, elas devem compartilhar o mesmo aterramento?


R29:Um circuito composto por duas placas PCB normalmente deve compartilhar o mesmo aterramento, pois é impraticável aplicar duas potências em um único circuito. Claro, se suas condições permitirem, diferentes poderes também podem ser usados. Afinal, isso ajudará a reduzir a interferência.

Q30:Como a ESD deve ser considerada por um sistema contendo DSP e PLD?


R30:No que diz respeito aos sistemas comuns, as porções devem ser primeiramente consideradas com contato direto com o ser humano e as devidas proteções devem ser feitas no circuito e nas estruturas. A extensão da influência que a ESD traz para o sistema é geralmente determinada de acordo com diferentes situações. Em ambiente seco, a ESD se tornará pior, especialmente no sistema que é mais sensível. Embora o sistema maior apresente um efeito não óbvio na ESD, mais atenção também deve ser dada.

Q31:Quando se trata de um design de PCB de 4 camadas, qual lado deve receber revestimento de cobre em ambos os lados?


A31:Os seguintes aspectos devem ser levados em consideração para o revestimento de cobre:​​blindagem, dissipação térmica, reforço e demanda de fabricação de PCB. Portanto, o principal motivo deve ser considerado. Por exemplo, em termos de design de PCB de alta velocidade, a blindagem deve ser mais considerada. O aterramento da superfície é benéfico para EMC e o revestimento de cobre deve ser feito completamente em caso de ilha solitária. De um modo geral, se os componentes na superfície receberem muito roteamento, será difícil manter a folha de cobre completa. Portanto, sugere-se que placas com muitos componentes de superfície ou muito roteamento não sejam revestidas com cobre.

Q32:No processo de roteamento do relógio, é necessário adicionar blindagem de aterramento em ambos os lados?


A32:Depende do crosstalk ou EMI da placa. Se as linhas de aterramento de blindagem não forem processadas adequadamente, isso trará efeitos ruins pelo contrário.

Q33:Qual é a estratégia de roteamento de clock para sinais em diferentes frequências?


R33:Em termos de roteamento para linhas de clock, a análise da integridade do sinal deve ser realizada primeiro e os princípios de roteamento devem ser manipulados. Então é hora de implementar o roteamento com base nos princípios.

Recursos úteis
• Como projetar PCBs de alta qualidade
• As principais regras de design de PCB que você precisa conhecer
• Problemas de design de PCB mais comuns
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• Elementos de Design de PCB que Influenciam a Fabricação de SMT